一种高性能且高效的FrodoKEM后量子密码处理器

FrodoKEM是一种基于格的后量子密钥封装机制(KEM)。由于其强大的安全特性,该方案已被国际标准化组织(ISO)纳入标准化考量。然而其硬件实现存在高延迟和资源占用大的缺陷,制约了实际应用。此外,多样化的应用场景要求其具备全面功能。为应对这些挑战,本研究提出了一种针对FrodoKEM的高性能加密处理器架构。通过引入多指令重叠执行方案,该工作实现了高效的多模块调度,最大限度降低了运算延迟;同时集成高速可重构并行乘法器阵列,可适应不同计算模式下的密集矩阵运算需求,显著提升硬件效率。配合紧凑的内存调度策略缩短中间矩阵存续周期,从而降低整体存储需求。该设计完整支持FrodoKEM所有安全级别及协议阶段,在Artix-7 FPGA上仅消耗13467个LUT、6042个FF和14个BRAM资源,且达到目前最快的执行速度。与最先进的硬件实现相比,该团队的方案将面积时间积(ATP)指标提升了1.75至2.00倍。

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提交arXiv: 2026-01-22 23:05

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